Vi siete mai chiesti quale metodo di saldatura laser sia più efficiente per il vostro progetto, quello a fibra o quello a CO2? Questo articolo esplora le differenze fondamentali tra la saldatura laser a fibra e quella a CO2, concentrandosi su aspetti quali l'assorbimento di energia, l'efficienza di fusione e l'idoneità a varie velocità di saldatura. Comprendendo queste differenze chiave, sarete meglio attrezzati per scegliere la tecnologia di saldatura laser più adatta alle vostre esigenze specifiche. Immergetevi per scoprire come ogni tipo di saldatura si comporta in condizioni diverse e quale offre la migliore efficienza per le vostre applicazioni.
La differenza principale tra la saldatura con laser a fibra e quella con laser a CO2 risiede nel tasso di assorbimento dell'energia laser.
(1) Il laser a fibra ha una lunghezza d'onda più corta, che comporta una minore produzione di plasma e una maggiore densità di energia, più concentrata. Tuttavia, questo significa anche un tasso di utilizzo più elevato dell'energia laser e una maggiore pressione di rinculo del vapore metallico, rendendo difficile trovare un equilibrio tra penetrazione e non penetrazione.
(2) D'altra parte, la saldatura laser a CO2 ha un potere di perdita di conduzione del calore più elevato, che porta a un maggiore angolo di inclinazione della parete anteriore del piccolo foro e a una maggiore produzione di plasma. Questo aiuta a bilanciare e regolare la distribuzione e la assorbimento del laser energia, rendendo più ampia la finestra di processo tra penetrazione e non penetrazione.
I riferimenti sono i seguenti:
La formazione delle saldature differisce notevolmente tra la saldatura con laser a fibra e quella con laser a CO2. Le ricerche suggeriscono che queste differenze derivano dalle caratteristiche di accoppiamento tra le lunghezze d'onda del laser e i materiali da saldare.
Nella saldatura laser, la forza dell'accoppiamento tra il laser e il materiale può essere valutata attraverso l'efficienza di fusione.
Di seguito viene fornito un confronto dell'efficienza di fusione del laser a fibra e della saldatura laser a CO2.
Per calcolare l'efficienza di fusione, si utilizza l'area della sezione trasversale della saldatura. I risultati del calcolo sono illustrati nella figura seguente.
L'efficienza di fusione della saldatura con laser a fibra e con laser CO2 registra un aumento iniziale prima di diminuire con l'aumentare della velocità di saldatura. Il picco di efficienza di fusione per saldatura laser in fibra avviene a una velocità di circa 10 m/min, mentre per la saldatura laser CO2 avviene a una velocità di circa 4 m/min.
La relazione tra l'efficienza di fusione e la velocità di saldatura è legata al comportamento di accoppiamento dell'energia durante la saldatura laser.
In base al principio di conservazione dell'energia, l'assorbibilità totale (AK) del foro di penetrazione profonda esposto al laser incidente può essere espressa come segue:
AK=（PF+ PEY+Po+ PL）/P
Nell'equazione, PEV rappresenta la potenza necessaria per l'evaporazione parziale del metallo durante la saldatura, Po rappresenta la potenza consumata dal surriscaldamento del metallo fuso del pool e PL rappresenta la potenza persa per conduzione di calore.
Secondo la ricerca, la massa dell'evaporazione della saldatura laser (MeV) è molto piccola e può quindi essere ignorata nell'equazione.
L'andamento della variazione del potere di surriscaldamento del bagno di fusione (Po) con la velocità di saldatura è simile a quella dell'efficienza di fusione, ma la proporzione di potenza di surriscaldamento rispetto al totale potenza di uscita del laser è relativamente piccolo.
Una parte della potenza di conduzione del calore (PL) che passa attraverso il fronte di fusione viene utilizzato per la fusione delle piastre, mentre il resto viene disperso nel metallo di base per conduzione termica.
La potenza persa per conduzione termica attraverso il fronte di fusione può essere espressa come segue:
Nell'equazione, 2r0 rappresenta la larghezza della saldatura e S rappresenta l'area della sezione trasversale della saldatura.
La relazione tra PL e la velocità di saldatura possono essere determinati sostituendo nella formula precedente il prodotto della sezione trasversale e la larghezza di fusione della saldatura, misurati negli esperimenti. Ciò è illustrato nella figura seguente.
Come si osserva nella figura, la potenza persa per conduzione termica diminuisce con l'aumentare della velocità di saldatura. Questa diminuzione è più pronunciata a basse velocità di saldatura e diventa meno significativa a velocità di saldatura più elevate.
La relazione tra l'assorbibilità totale (AK) del foro di penetrazione profonda e la velocità di saldatura sia per il laser a fibra che per il laser a CO2 La saldatura laser è illustrata nella figura seguente.
Come mostrato nella figura, la variazione dell'assorbanza totale con la velocità di saldatura per i due processi di saldatura laser è simile, iniziando con una lenta diminuzione prima di diminuire rapidamente.
Tuttavia, la velocità critica alla quale si verifica questa transizione da una diminuzione lenta a una rapida è diversa per ogni processo di saldatura laser; si verifica a 10m/min per la saldatura laser a fibra e a 4m/min per la saldatura a CO2 saldatura laser.
Le differenze di assorbenza totale tra i due processi di saldatura laser sono legate alla misura in cui l'intero raggio laser entra nel foro di penetrazione profonda. Quando la velocità di saldatura è bassa, il raggio laser è in grado di entrare completamente nel foro di penetrazione profonda, con un effetto meno pronunciato sul tasso di assorbimento totale.
Tuttavia, a velocità di saldatura più elevate, la parte anteriore del fascio potrebbe non essere più in grado di vaporizzare il punto anteriore del piccolo orifizio, impedendogli di entrare nel foro e causando una rapida diminuzione del tasso di assorbimento totale del laser incidente.
L'assorbenza totale e la potenza di perdita per conduzione del calore sono i fattori principali che influenzano l'efficienza di fusione. Sulla base dell'efficienza di fusione, si può concludere che la saldatura laser in fibra è più adatta per la saldatura a media e alta velocità quando il processo di saldatura è simile, mentre la saldatura a CO2 La saldatura laser è più adatta alla saldatura a bassa velocità.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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